Nghiên cứu các chiến lược đảm bảo chất lượng dịch vụ (qos) trong các mạng không dây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  Hà Minh Toản NGHIÊN CỨU CÁC CHIẾN LƯỢC ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ (QoS) TRONG CÁC MẠNG KHÔNG DÂY Ngành: Công Nghệ Thông Tin Chuyên ngành: Truyền dữliêụ và mangg̣ máy tính Mã số: 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Đình Việt HÀ NỘI – 2008 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG GIỚI THIỆU CHUNG CHƢƠNG I CHẤT LƢỢNG VÀ YÊU CẦU CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ (QoS) 11 I.1 Đại lượng cần đảm bảo chất lượng dịch vụ I.2 Những ứng dụng yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ I.3 Cơ chế đảm bảo dịch vụ mạng có dây I.4 Vấn đề phát sinh đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng không dây I.5 Sự tiếp nhận người sử dụng chất lượng dịch vụ CHƢƠNG II CHUẨN MẠNG LAN KHÔNG DÂY IEEE 802.11 II.1 Cấu trúc hệ thống mạng WLAN II.1.1 Mạng có sở hạ tầng (Infrastructure-based network) II.1.2 Mạng Ad-hoc II.2 Kiến trúc giao thức II.2.1 Tầng vật lý II.2.2 Lớp điều khiển truy cập môi trường truyền II.3 Hạn chế đảm bảo chất lượng dịch vụ IEEE 802.11 DCF II.4 Nhận xét chung khả đảm bảo QoS mạng LAN theo chuẩn 802.11 CHƢƠNG III ĐẢM BẢO QoS TRONG CƠ CHẾ EDCA IEEE 802.11e III.1 Cơ chế điều khiển truy cập kênh truyền phân tán nâng cao - EDCA III.1.1 Các loại ưu tiên truy cập III.1.2 Chức điều khiển truy cập kênh truyền phân tán nâng cao - EDCAF III.1.3 Các tham số EDCA III.2 Kiến trúc định dạng gói tin quan trọng III.3 Tóm tắt đặc điểm chuẩn IEEE 802.11e CHƢƠNG IV MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ IV.1 Hệ mô NS-2 IV.2 Sử dụng NS-2 thiết lập mô mạng 48 IV.2.1 Thiết lập lựa chọn, tham số cho mô 48 IV.2.2 Thiết lập topo chế định tuyến [14, 15, 16] 49 IV.2.3 Cấu hình trạm tham gia mạng mơ 50 IV.2.4 Tạo nguồn sinh lưu lượng 53 IV.3 Thực mơ phân tích kết 55 IV.3.1 Thí nghiệm 4.1 55 IV.3.2 Thí nghiệm 4.2 63 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 67 Tóm tắt kết đạt luận văn 67 Hướng nghiên cứu đề tài 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu QoS LAN WLAN IEEE DCF PCF DIFS SIFS CSMA/CA RTS CTS HCF EDCA HCCA EDCAF AIFS TXOP NS-2 CBR UDP TCP DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Mạng khơng dây có sở hạ tầng 21 Hình 2.2: Mạng khơng dây ad-hoc 22 Hình 2.3: Cấu trúc chuẩn IEEE 802.11 cầu nối 23 Hình 2.4: Tầng giao thức chuẩn IEEE 802.11 23 Hình 2.5: Định dạng frame quy định FHSS 802.11 PHY 24 Hình 2.6: Định dạng frame quy định DSSS 802.11 25 Hình 2.7: Giao thức truy cập CSMA/CA 27 Hình 2.8: DCF sử dụng giao thức CSMA/CA 28 Hình 2.9: DCF sử dụng RTS/CTS 28 Hình 2.10: DCF sử dụng RTS/CTS giải vấn đề trạm ẩn 29 Hình 2.11: PCF sử dụng việc hỏi vòng 30 Hình 3.1: Loại AC với hàng đợi, AIFS, CW đồng hồ quay lui 35 Hình 3.2: Định độ ưu tiên dựa AIFS 37 Hình 3.3: Contention Free Bursting (CFB) 40 Hình 3.4: Kiến trúc tầng MAC IEEE 802.11e 41 Hình 3.5: Data frame tầng MAC trường QoS 42 Hình 3.6: Trường TID định nghĩa trường thông tin QoS 43 Hình 3.7: Thành phần tập tham số EDCA 44 Hình 3.8: Thành phần QoS Capability 44 Hình 4.1: Cấu trúc mô NS-2 47 Hình 4.2a: Mơ hình mơ khảo sát đảm bảo QoS trường hợp lưu lươngg đươcg sinh từ ứng dungg chaỵ traṃ không dây khác .57 Hình 4.2b: Mơ hình mơ khảo sát đảm bảo QoS trường hợp lưu lươngg đươcg sinh từ ứng dungg chaỵ cùng mơṭtraṃ khơng dây 57 Hình 4.3: Sư bg iến thiên thông lươngg độ trễ đầu cuối – đầu cuối lưu lươngg trường hơpg lưu lươngg đươcg sinh từ ứng dungg chaỵ t rạm không dây khác 59 Hình 4.4: Sư bg iến thiên thơng lươngg độ trễ đầu cuối – đẩu cuối lưu lươngg trường hơpg lưu lươngg đươcg sinh từ ứng dungg cha g y cùng môṭtraṃ không dây 60 Hình 4.5: Sư bg iến thiên thông lươngg độ trễ đầu cuối – đẩu cuối lưu lươngg trường hơpg lưu lươngg đươcg sinh từ ứng dụng chạy cùng trạm không dây khác 61 Hình 4.6: Sư bg iến thiên thơng lươngg độ trễ đầu cuối – đẩu cuối lưu lươngg trường hơpg lưu lươngg đươcg sinh từ ứng dungg chaỵ cùng traṃ không dây khác 62 Hình 4.7: Cấu hình mơ thí nghiệm 4.2 63 Hình 4.8: Sư bg iến thiên thông lươngg lưu lượng theo tải đưa vào mạng 64 Hình 4.9: Sư bg iến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối lưu lươngg theo tải đưa vào mạng 65 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Ánh xạ UP AC tương ứng 34 Bảng 3.2: Giá trị mặc định tham số EDCA 36 Bảng 3.3: Tham số cửa sổ tranh chấp sử dụng với tầng vật lý khác 38 Bảng 4.1: Các tham số hệ thống sử dụng mô 64 GIỚI THIỆU CHUNG Internet ngày trở thành thành phần thiếu cho phát triển xã hội Con người dùng Internet khắp nơi, thời điểm, hồn cảnh Nó cơng cụ trao đổi, tìm kiếm thơng tin nhanh chóng thuận lợi nhất, giúp nâng cao hiệu suất làm việc người Chính lẽ đó, nhiều phủ, tổ chức cơng ty coi tảng thiết phải xây dựng nhằm thúc đẩy đảm bảo tính bền vững phát triển Cùng với phát triển Internet, ứng dụng đa phương tiện đời nhu cầu tất yếu người giúp biểu diễn thông tin trực quan, sinh động, phong phú dễ hiểu Tuy vậy, ứng dụng thường đòi hỏi phải đảm bảo yêu cầu băng thông, độ trễ khắt khe Đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) từ trở thành lĩnh vực nghiên cứu, phát triển ứng dụng thu hút nhiều quan tâm tổ chức, viện nghiên cứu, trường đại học nhà khoa học toàn giới Đối với mạng có dây, khả cung cấp băng thơng lớn, đường truyền lỗi, vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ trở nên dễ dàng Nhằm đáp ứng nhu cầu người sử dụng mạng di chuyển nơi mà thiết lập đường truyền có dây, mạng khơng dây phát triển Việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng khơng dây khó khăn nhiều đặc tính truyền mơi trường truyền mạng khơng dây khơng đồng đều, không bảo vệ nên tỉ lệ lỗi lớn; thiết bị không dây thường sử dụng lượng dự trữ công suất thấp; công nghệ truyền thông phát triển thời gian ngắn chưa cung cấp băng thông rộng Mạng LAN không dây IEEE 802.11 phát triển sử dụng gần trở nên phổ biến Ta thấy gia đình, cơng sở trung tâm công cộng Trong số nghiên cứu, tác giả cho thấy hiệu chuẩn mạng đảm bảo chất lượng dịch vụ IEEE 802.11e, phiên nâng cấp IEEE 802.11, IEEE công bố gần mạng tương lai, khắc phục thiếu sót mạng LAN không dây IEEE 802.11 Đây vấn đề nghiên cứu nội dung luận văn Luận văn “Nghiên cứu chiến lược đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) mạng khơng dây” tơi gồm chương Nội dung chương sau:  Chương I: Giới thiệu tổng quan số vấn đề chọn lọc đảm bảo chất lượng dịch vụ Trong chương này, cùng tìm hiểu chất lượng dịch vụ gì; cần thiết phải đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng đại; đại lượng chất lượng dịch vụ ứng dụng khác cần đảm bảo đại lượng với yêu cầu khác nào; khó khăn việc phát triển chiến lược đảm bảo chất lượng dịch vụ cho mạng có dây khơng dây; số chế đảm bảo dịch vụ tiêu biểu;  Chương II: Ở chương thứ hai này, cùng tìm hiểu mạng IEEE 802.11 – mạng LAN khơng dây sử dụng phổ biến sống Chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết hai chức điều khiển truy cập môi trường truyền: cộng tác phân tán DCF (Distributed Coordination Function) cộng tác theo điểm PCF (Point Coordination Function) Sau đó, dưạ nghiên cứu lý thuyết nguyên lýhoaṭđôngg hai chức DCF , đưa môṭsốluâṇ vềsư hg aṇ chếtrong đảm bảo chất lươngg dicḥ vu gcủa chức  Chương III: Trong chương này, trình bày chiến lược đảm bảo chất lượng dịch vụ áp dụng mạng LAN không dây IEEE 802.11e, tập chung nghiên cứu hoạt động chế điều khiển truy cập kênh truyền phân tán nâng cao (Enhanced Distributed Channel Access - EDCA) chức cộng tác lai (Hybrid Coordination Function - HCF) mà IEEE 802.11e cung cấp Cùng với đó, tơi giới thiệu phân tích vai trị tham số EDCA việc phân loại xử lý ưu tiên lưu lượng để làm sáng tỏ chếhoạt động đảm bảo chất lượng dịch vụ EDCA  Chương IV: Chương nghiên cứu khả mô mạng không dây sử dụng mô NS-2, cách thức xây dựng cấu hình mạng mơ Nơịdung chinh́ chương , tơi trinh̀ bày thí nghiệm mơ với mục đích khảo sát hạn chế đả m bảo chất lươngg mangg LAN không dây IEEE 802.11; chưng thưcg kha đam bao c hất lươngg dicḥ vu cg ua chế ́ EDCA sử dungg đôngg đam bao chất lươngg dicḥ vu gcua EDCA tai cua mangg thay đổi ̉ • Chương V: Chương V la chương cuối cung cua luâṇ văn Tôi se dung thực luận văn hướng nghiên cứu đề tài 10 56 Hình 4.2a: Mơ hình mơ khảo sát đảm bảo QoS trƣờng hợp lƣu lƣơngg̣ đƣơcg̣ sinh tƣƣ̀các ƣƣ́ng dungg̣ chaỵ traṃ không dây khác Hình 4.2b: Mơ hình mơ khảo sát đảm bảo QoS trƣờng hợp lƣu lƣơngg̣ đƣơcg̣ sinh tƣƣ̀các ƣƣ́ng dungg̣ chaỵ cùng môṭtraṃ không dây Khi khảo sát sư hg aṇ ch ế đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng LAN không dây IEEE 802.11 kiểm chứng khả đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng LAN không dây 802.11e, quan sát sư gbiến đổi thông lươngg vàđô tg rê đ̃ ầu cuối – đầu cuối theo thời gian lưu lươngg 57  Thông lượng theo thời gian: Thông lượng số đơn vị thơng tin tính trung bình vận chuyển qua mạng đơn vị thời gian (ở chọn giây) Thông lượng theo thời gian tập thông lượng đo theo từng đơn vị thời gian mô  Độ trễ đầu cuối – đầu cuối theo thời gian: Độ trễ đầu cuối khoảng thời gian để vận chuyển gói số liệu qua mạng, từ nguồn tới đích Trong đoạn mã tính tốn độ trễ đầu cuối tơi tính hiệu thời điểm nhận gói tin trạm đích thời điểm gửi gói tin trạm nguồn Độ trễ đầu cuối theo thời gian tập hợp độ trễ đầu cuối đo cho từng gói tin thời điểm nhận gói tin đích IV.3.1.1 Khảo sát hạn chế dảm bảo chất lượng dicḥ vu p̣của mangp̣ LAN không dây IEEE 802.11 Sau thực mô cho mangg IEEE 802.11 phân tích kết từ tệp ghi vết kiện mạng, thu biểu đồ biểu diễn thông lượng độ trễ luồng lưu lượng theo thời gian mô trường hợp ứng dụng sinh lưu lượng nằm trạm không dây khác (hình 4.3) ứng dụng sinh lưu lượng nằm cùng trạm khơng dây (hình 4.4) 58 (a) Sư b p̣ iến thiên thông lượng của lưu lươngp̣ theo thời gian (b) Sư b p̣ iến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối của lưu lươngp̣ theo thời gian Hình 4.3: Sƣ g̣biến thiên thông lƣơngg̣ độ trễ đầu cuối – đầu cuối lƣu lƣợng trƣờng hơpg̣ lƣu lƣơngg̣ đƣơcg̣ sinh tƣƣ̀các ƣƣ́ng dungg̣ chaỵ traṃ khơng dây khác Như biểu diễn hình 4.3a, thông lượng luồng liệu Video dao động mạnh khoảng từ 150Kbps đến 500Kpbs, quanh giá trình trung bình 315Kbps Kết cho thấy lưu lượng Video không đảm bảo thông lượng (so với yêu cầu 768 Kbps) Ngoài ra, độ thăng giáng thông lượng lớn, chấp nhận ứng dụng thời gian thực vốn yêu cầu khắt khe với tính khơng đổi luồng liệu truyền tải Trong đó, lưu lượng FTP vốn khơng cần đảm bảo thơng lượng lại có thơng lượng cao Hình 4.3b biểu diễn biến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối luồng liệu FTP, Video Voice, cho thấy độ trễ đầu cuối – đầu cuối cho nguồn video voice lớn, không đảm bảo (đối với ứng dụng truyền thông video, độ trễ đảm bảo cần phải đảm báo 150ms ứng dụng truyền thơng voice, độ trễ địi hỏi khắt khe, 10ms) Từ đồ thị cho ta thấy thăng giáng độ trễ đầu cuối – 59 đầu cuối nguồn video voice lớn so với mức thăng giáng yêu cầu 10ms cho ứng dụng loại (a) Sư b p̣ iến thiên thông lượng của lưu lươngp̣ theo thời gian (b) Sư b p̣ iến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối của lưu lươngp̣ theo thời gian Hình 4.4: Sƣ g̣biến thiên thông lƣơngg̣ độ trễ đầu cuối – đầu cuối lƣu lƣơngg̣ trƣờng hơpg̣ lƣu lƣơngg̣ đƣơcg̣ sinh tƣƣ̀các ƣƣ́ng dungg̣ chaỵ cùng môṭtraṃ không dây Hình 4.4 biểu diễn thơng lượng độ trễ lưu lượng FTP, Video Voice theo thời gian trường hợp mô lưu lượng sinh ứng dụng chạy cùng trạm di động Khác với trường hợp lưu lượng sinh ứng dụng chạy trạm di động khác nhau, thông lượng cho lưu lượng Video Voice tương đối đảm bảo thăng giáng băng thơng lưu lượng Video cịn lớn Tuy nhiên, độ trễ đầu cuối (hình 4.4b), tất lưu lượng giống nhau, cao, chấp nhận ứng dụng Video Voice Đây mơ hình mơ minh chứng rõ nét cho giả thiết: “DCF cung cấp dịch vụ giống cho ứng dụng tầng trên, không quan tâm đến yêu cầu chất lượng dịch vụ ứng dụng đó, khơng có hỗ trợ cho việc phân biệt dịch vụ” 60 IV.3.1.2 Kiểm chứng khảnăng đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng LAN không dây IEEE 802.11e Sử dụng cùng mơ hình thơng số mơ sử dungg cho mô mangg IEEE 802.11 nêu trên, thưcg hiêṇ mô mangg LAN không dây 802.11e Sau phân tích kết từ tệp ghi vết kiện mạng, thu biểu đồ biểu diễn sư g biến thiên thông lượng độ trễ đầu cuối – đầu cuối lưu lượng theo thời gian trường hợp ứng dụng sinh lưu lượng nằm trạm không dây khác (hình 4.5) ứng dụng sinh lưu lượng nằm cùng trạm khơng dây (hình 4.6) (a) Sư b p̣ iến thiên thông lượng của lưu lươngp̣ theo thời gian (b) Sư b p̣ iến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối của lưu lươngp̣ theo thời gian Hình 4.5: Sƣ g̣biến thiên thơng lƣơngg̣ độ trễ đầu cuối – đẩu cuối lƣu lƣơngg̣ trƣờng hơpg̣ lƣu lƣơngg̣ đƣơcg̣ sinh tƣƣ̀các ƣƣ́ng dungg̣ chaỵ cùng traṃ không dây khác 61 (a) Sư b p̣ iến thiên thông lượng của lưu lươngp̣ theo thời gian (b) Sư b p̣ iến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối của lưu lươngp̣ theo thời gian Hình 4.6: Sƣ g̣biến thiên thông lƣơngg̣ độ trễ đầu cuối – đẩu cuối lƣu lƣơngg̣ trƣờng hơpg̣ lƣu lƣơngg̣ đƣơcg̣ sinh tƣƣ̀các ƣƣ́ng dungg̣ chaỵ cùng traṃ khơng dây khác Khác hồn tồn so với kết thu mơ mạng IEEE 802.11 hình 4.3 4.4, kết cho mô mạng IEEE 802.11e giống hai trường hợp lưu lượng sinh ứng dụng chạy trạm không dây khác khác cùng trạm khơng dây (hình 4.5 4.6) Với hai trường hợp mô mạng IEEE 802.11e, băng thông (hình 4.5a 4.6a) cho thấy thơng lượng lưu lượng Video Voice đảm bảo: thông lượng lưu lượng Video Voice nằm khoảng tương ứng 768Kbps 128 Kbps, phù hợp với yêu cầu ứng dụng sinh lưu lượng; thăng giáng lưu lượng theo 62 thời gian nhỏ, đảm bảo cho ứng dụng video voice Thông lượng nguồn FTP hạn chế, dành băng thông cho ứng dụng khác có độ ưu tiên cao Hình 4.5b 4.6b biểu diễn độ trễ đầu cuối lưu lượng FTP, Video Voice mô mạng IEEE 802.11e Các biểu đồ cho thấy độ trễ đầu cuối lưu lượng Voice (trong khoảng 6ms đến 10ms) nhỏ độ trễ đầu cuối lưu lượng Video (từ 20ms đến 50ms) nhỏ nhiều so với độ trễ đầu cuối lưu lượng FTP (nằm khoảng 300ms đến 400ms) Các độ trễ đầu cuối đảm bảo cho ứng dụng Voice Video, minh chứng cho lập luận lưu lượng có loại AC có độ ưu tiên cao có lợi việc giành quyền truy cập mơi trường truyền, có độ trễ cao băng thông đảm bảo tốt IV.3.2 Thí nghiệm 4.2 Các mơ thí nghiệm 4.1 chứng tỏ chuẩn mạng LAN không dây IEEE 802.11e hỗ trợ đảm bảo chất lươngg dicḥ vu tg ốt hẳn so với chuẩn mạng LAN không dây IEEE 802.11 Trong thi nghiêṃ 4.2, tiếp tucg khao sat va đanh gia vềkha hỗtrơ đg am bao dicḥ vu cg ua chếEDCA sư dungg ̉ ̉ sát biến thiên thông lượng độ trễ đầu cuối – đầu cuối lưu lươngg có mức ưu tiên khác thay đổi tải vào mạng Hình 4.7 mơ tả mơ hình mơ cho thí nghiệm 4.2 dựa mạng hỗn hợp có dây khơng dây chuẩn IEEE 802.11e hỗ trợ EDCA Mơ hình mạng bao gồm trạm có dây sử dụng làm trạm nhận kết nối trực tiếp với QAP đường truyền song công (duplex) với tốc độ 100Mpbs, độ trễ 2ms sử dụng thuật tốn hàng đợi DropTail Hình 4.7: Cấu hình mơ thí nghiệm 4.2 63 Khác với thí nghiệm 4.1, khảo sát đánh giá biến thiên thông lượng, độ trễ đầu cuối tải vào mạng thay đổi Để thực mục đích này, cài đặt lưu lượng FTP, Video Voice sinh từ ứng dụng chạy cùng QSTA (QoS Station) Trong thí nghiệm, tơi sử dụng trạm vậy, ứng dụng trạm sinh lưu lượng cách 100s để tạo thêm tải cho mạng Cụ thể, nguồn sinh FTP1 (sinh lưu lượng FTP QSTA 1), CBR1_1 (sinh lưu lượng voice QSTA1), CBR2_1 (nguồn sinh lưu lượng video QSTA 1) bắt đầu phát thời điểm giây thứ thời gian mơ Sau 100s, nguồn sinh FTP2, CBR1_2, CBR2_2 nguồn sinh FTP, voice video phát từ QSTA2 Cứ vậy, QSTA cùng sinh lưu lượng, tải mạng đạt đến mức cao Bảng 4.1 mô tả tham số sử dụng mô phỏng: Tham số Video Packet size Video data rate Voice packet size Voice data rate IEEE 802.11e Data rate Bảng 4.1: Các tham số hệ thống sử dụng mô Thực mô phỏng, tổng hợp kết từ tệp vết ghi laịcác kiện mạng, thu đươcg số liệu biểu diễn biểu đồ sư gthay đổi thơng lượng (hình 4.8) độ trễ đầu cuối – đầu cuối (hình 4.9) lưu lượng theo sư g thay đổi tải đưa vào mạng Hình 4.8: Sƣ b g̣ iến thiên thơng lƣơngg̣ lƣu lƣợng theo tải đƣa vào mạng 64 Biểu đồ 4.8 4.9 cho thấy giai đoạn biến đổi thơng lượng trung bình lưu lượng theo tải đưa vào mạng: Giai đoạn tải đƣa vào mạng nhẹ (từ thời điểm giây thứ đến thời điểm giây thứ 200 mô phỏng): Băng thông trung bình độ trễ đầu cuối cho lưu lượng Video, Voice đảm bảo Trong giai đoạn này, tải mạng nhẹ (chỉ có trạm phát, từ thời điểm giây thứ đến thời điểm giây thứ 100), thơng lượng trung bình lưu lượng Video, Voice đáp ứng mức yêu cầu (lần lượt 64Kbps 384 Kbps), độ trễ đầu cuối nhỏ Đường biểu diễn thơng lượng trung bình độ trễ đầu cuối mượt cho thấy thăng giáng thông lượng độ trễ nhỏ Lưu lượng FTP, nhờ giao thức tầng giao vận phát tối đa, chiếm dụng tốt băng thơng cịn thừa Khi tải mạng tăng lên nhẹ (có hai trạm cùng phát, từ thời điểm giây thứ 100 đến giây thứ 200), thông lượng trung bình độ trễ đầu cuối lưu lượng Video Voice đảm bảo Tuy nhiên đường biểu diễn thơng lượng trung bình độ trễ trung bình cho đường video khơng cịn mượt trước song đảm bảo cho yếu tố thăng giáng Thông lượng trung bình lưu lượng FTP giảm nhanh chóng, nhường băng thơng cho lưu lượng có độ ưu tiên cao Hình 4.9: Sƣ g̣biến thiên độ trễ đầu cuối – đầu cuối lƣu lƣợng theo tải đƣa vào mạng Giai đoạn tải đƣa vào mạng dần đến ngƣỡng tải (từ thời điểm giây thứ 200 đến giây thứ 300): Chỉ có lưu lượng Voice với mức ưu tiên cao đảm bảo băng thông độ trễ Từ biểu đồ 4.8 4.9 ta thấy thông lượng dành cho lưu lượng Voice tăng giống giai đoạn trước, độ trễ tăng nhẹ, song đảm bảo Lưu lượng Video có tăng, nhiên khơng đạt mức u cầu Độ trễ lưu lượng Video tăng lên cao (cỡ 1s), khơng cịn đảm bảo Các đường biểu diễn thơng 65 lượng độ trễ cho lưu lượng Video thăng giáng mạnh cho thấy độ thăng giáng không cịn đảm bảo Trong giai đoạn này, thơng lượng lưu lượng FTP giảm tới mức thấp, độ trễ tăng nhanh Các nghiên cứu tương tự IEEE 802.11 tải mạng từ mức trung bình dần tới ngưỡng tải, thông lượng, độ trễ đầu cuối độ thăng giáng lưu lượng bị xấu đi, đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng video voice [3, 4, 10] Tuy nhiên, tải mạng đạt mức trung bình (giai đoạn tải mạng nhẹ, từ thời điểm giây thứ 100 đến giây thứ 200), EDCA IEEE 802.11e đảm bảo QoS cho lưu lượng Video Voice Đến mạng đạt ngưỡng tải, EDCA IEEE 802.11e đảm bảo QoS cho lưu lượng Voice Đây cải tiến cho thấy vượt trội đảm bảo QoS IEEE 802.11e so với IEEE 802.11 Giai đoạn mạng tải (giai đoạn sau thời điểm thứ 300s): Đến giai đoạn này, chất lượng dịch vụ cho tất lưu lượng khơng cịn đảm bảo Trong đầu giai đoạn (từ thời điểm giây thứ 300 đến giây thứ 400), thông lượng lưu lượng Voice đảm bảo độ trễ đầu cuối độ thăng giáng không đảm bảo, ứng dụng voice cần phải có chế buffer để cải thiện đảm bảo chất chất lượng ứng dụng Thông lượng Video không giảm xuống mặc dù lưu lượng Video phát nhanh hơn, độ trễ đầu cuối cao (từ 3-5s) chấp nhận cho ứng dụng dạng video Với lưu lượng FTP, độ trễ đầu cuối tăng nhanh cao, thông lượng thu thấp (trên thực tế, kết nối TCP bị ngắt) Càng tăng tải mạng, thông lượng lưu lượng Video Voice đo bị giảm xuống, hiệu suất truyền thông giảm Kết nối TCP ứng dụng FTP bị ngắt (trong hình 4.6 ta thấy khơng cịn đường biểu diễn cho lưu lượng FTP) Độ trễ Video, Voice tăng cao, chấp nhận ứng dụng dạng dù sử dụng chiến lược buffer Tuy nhiên, xấu đại lượng dịch vụ Voice mức ưu tiên cao so với Video mức ưu tiên thấp Điều chứng tỏ hoạt động hiệu chế EDCA việc phân loại xử lý ưu tiên cho dòng lưu lượng cần đảm bảo chất lượng dịch vụ nhiều (cần ưu tiên xử lý cao hơn) 66 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Tóm tắt kết đạt đƣợc luận văn Đến đây, nội dung đề tài luận văn “Nghiên cứu chiến lược đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) mạng khơng dây” hồn thành IEEE 802.11 đời năm 1997 nhằm đáp ứng nhu cầu kết nối không dây cho thiết bị xử lý nhanh chóng trở thành chuẩn mạng LAN khơng dây phổ biến áp dụng rộng rãi Sau gần thập kỷ phát triển, chuẩn mạng bộc lộ hạn chế việc hỗ trợ đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng truyền thơng đa phương tiện có địi hỏi khắt khe thông lượng, độ trễ, tỉ lệ mát liệu thăng giáng độ trễ Thừa kế từ IEEE 802.11, chuẩn mạng LAN không dây 802.11e phát triển đưa vào sử dụng năm 2005 hỗ trợ việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho ứng dụng truyền thông đa phương tiện Trong luận văn này, tơi tập trung phân tích đánh giá đảm bảo chất lượng dịch vụ IEEE 802.11 IEEE 802.11e dựa phương pháp nghiên cứu mô Những kết đạt luận văn bao gồm: Nghiên cứu tổng quan đảm bảo chất lượng dịch vụ vấn đề phát triển chế đảm bảo chất lượng dịch vụ mạng có dây khơng dây Nghiên cứu hoạt động khả đảm bảo chất lượng dịch vụ chuẩn mạng LAN không dây IEEE 802.11 Dựa phân tích lý thuyết nghiên cứu mô phỏng, đưa kết luận hạn chế đảm bảo chất lượng dịch vụ chuẩn mạng LAN không dây IEEE 802.11 Chuẩn mạng cung cấp dịch vụ giống cho ứng dụng tầng trên, không quan tâm đến yêu cầu chất lượng dịch vụ ứng dụng khơng có hỗ trợ cho việc phân biệt dịch vụ Do vậy, không đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng yêu cầu khắt khe chất lượng dịch vụ truyền âm hình ảnh tải đưa vào mạng đạt ngưỡng tải Nghiên cứu, phân tích hoạt động chế đảm bảo chất lượng dịch vụ chuẩn mạng LAN không dây IEEE 802.11e Sử dụng cùng mơ hình mơ cho khảo sát hạn chế đảm bảo chất lượng dịch vụ IEEE 802.11, tiến hành thí nghiệm chứng minh IEEE 802.11e có khả phân loại xử lý ưu tiên cho lưu lượng với mức ưu tiên khác Sau đó, tơi tiếp tục xây dựng mơ để đánh giá hoạt động chế đảm bảo chất lượng IEEE 802.11e Các kết cho thấy hiệu chế phân loại xử lý ưu tiên lưu lượng có mức ưu tiên khác trạng thái 67 mạng thay đổi từ tải vào mạng nhẹ đến tải Khi tải đưa vào mạng cao so với khả đáp ứng mạng, IEEE 802.11e đảm bảo chất lượng dịch vụ cho tất lưu lượng song xử lý ưu tiên cho lưu lượng có độ ưu tiên cao Hƣớng nghiên cứu đề tài Do hạn chế thời gian điều kiện nghiên cứu, luận văn dừng lại mức độ nghiên cứu đánh giá khả đảm bảo chất lượng dịch vụ chế EDCA đặc tả chuẩn mạng LAN khơng dây IEEE 802.11e Cịn nhiều chiến lược, chế đảm bảo chất lượng dịch vụ khác tơi chưa có điều kiện nghiên cứu trình bày khuôn khổ luận văn Nếu điều kiện cho phép, thời gian tới, tiếp tục theo số hướng nghiên cứu: Nghiên cứu chi tiết chế truy nhập điều khiển tập trung không tranh chấp HCCA (Hybrid Controlled Channel Access) cùng mô tả chuẩn IEEE 802.11e Đánh giá, so sánh khả đảm bảo chất lượng dịch vụ hai chế EDCA HCCA chuẩn IEEE 802.11e Nghiên cứu chế thay đổi tham số EDCA HCCA cho phù hợp với môi trường mạng với mục đích tăng hiệu suất đảm bảo chất lượng dịch vụ đảm bảo tốt đại lượng dịch vụ cho lưu lượng xác định theo mong muốn người thiết lập quản trị mạng Nghiên cứu chiến lược đảm bảo chất lượng dịch vụ sử dụng IEEE 802.16 (WiMax) 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] H.Schiller, “Mobile Communication”, Addison Wesley, 2000 [2] Mischa Schwartz, “Telecommunication Networks: Protocols, Modeling and Analysis”, Mischa Schwartz, 1987 [3] Qiang Ni, Lamia Romdhani, Thierry Turletti, “A Survey of QoS Enhancements for IEEE 802.11 Wireless LAN”, Journal of Wireless Communications and Mobile Computing, Wiley 2004: Volume 4, Issue 5: pp.547-566 [4] Praveen Durbha, Matthew Sherman, “Quality of Service (QoS) in IEEE 802.11 Wireless Local Area Networks: Evaluation of Distributed Coordination Function (DCF) and Point Coordination Function (PCF)” [5] IEEE Std 802.11, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications, 1997 [6] Matthew Gast, “802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide”, O'Reilly, 42002 [7] Pablo Brenner, “A Technical Tutorial on the IEEE 802.11 Protocol”, 1997 [8] Nguyễn Đình Việt, Luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu phương pháp đánh giá cải thiện hiệu giao thức TCP cho mạng máy tính”, 2003 [9] End-user multimedia QoS categories, ITU-T G.1010, 2001 [10] Hongqiang Zhai, Xiang Chen, Yuguang Fang, “How Well Can the IEEE 802.11 Wireless LAN Support Quality of Service”, IEEE Transaction on wireless communications, 2004 [11] “IEEE 802.11e/D13.0, Draft Supplement to Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: Medium Access Control (MAC) Quality of Service (QoS) Enhancements”, January 2005 [12] Qiang Ni, and Thierry Turletti, “QoS Support for IEEE 802.11 WLAN”, Nova Science Publishers, New York, USA, 2004 69 [13] Qiang Ni, “Performance Analysis and Enhancements for IEEE 802.11e Wireless Network”, IEEE Network, August 2005 [14] Kevin Fall & Kannan Varadhan, “The ns Manual”, 2005 [15] Jae Chung & Mark Claypool, “NS by Example” [16] Eitan Altman & Tania Jim, “NS for beginners”, 2002 [17] Cisco, “Measuring Delay, Jitter, and Packet Loss with Cisco IOS SAA and RTTMON” [18] http://www.tkn.tu-berlin.de/research/802.11e_ns2/ 70 ... Đại lượng cần đảm bảo chất lượng dịch vụ I.2 Những ứng dụng yêu cầu đảm bảo chất lượng dịch vụ I.3 Cơ chế đảm bảo dịch vụ mạng có dây I.4 Vấn đề phát sinh đảm bảo chất lượng. .. đảm bảo chất lượng dịch vụ Trong chương này, cùng tìm hiểu chất lượng dịch vụ gì; cần thiết phải đảm bảo chất lượng dịch vụ cho ứng dụng đại; đại lượng chất lượng dịch vụ ứng dụng khác cần đảm. .. bảo chất lượng dịch vụ bao gồm: 1/ Những đại lượng cần đảm bảo chất lượng 2/ Những ứng dụng đòi hỏi cần đảm bảo chất lượng dịch vụ 3/ Những vấn đề gặp phải thiết kế chế đảm bảo chất lượng dịch vụ